工程測量第一章緒論

第二部分GPS原理西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院張智韜

2009年4月第一章 緒論§1.1全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景§1.2GPS在各個領域中的應用§1.3美國政府的GPS政策§1.4其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)§1.1全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景什么是GPS？GPS的英文全稱是

NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem

簡稱GPS，有時也被稱作NAVSTARGPS。其意為“導航星測時與測距全球定位系統(tǒng)”，或簡稱全球定位系統(tǒng)。緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>什么是全球定位系統(tǒng)GPS概述①建立國家美國目的在全球范圍內(nèi)，提供實時、連續(xù)、全天候的導航定位及授時服務開始籌建時間1973年完全建成時間1995年耗資300億美元，是繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后的第三項龐大空間計劃。

緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>GPS概述①GPS概述②系統(tǒng)構成空間部分、地面控制部分、用戶部分服務方式通過由多顆衛(wèi)星所組成的衛(wèi)星星座提供導航定位服務定位原理距離交會測距原理被動式電磁波測距特點全球覆蓋、全天候、不間斷、精度高緒論緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>

GPS概述②GPS的發(fā)展簡史——方案論證階段1973年12月，美國國防部批準研制GPS。1978年2月22日，第1顆GPS試驗衛(wèi)星發(fā)射成功。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網(wǎng)。緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>GPS的發(fā)展簡史GPS的發(fā)展簡史——全面研制和試驗階段從1979年到1987年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機。實驗表明，GPS定位精度遠遠超過設計標準。緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>GPS的發(fā)展簡史GPS的發(fā)展簡史——實用組網(wǎng)階段1989年2月14日，第1顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功。1991年，在海灣戰(zhàn)爭中，GPS首次大規(guī)模用于實戰(zhàn)。1993年底實用的GPS網(wǎng)即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。

1995年7月17日，GPS達到FOC–完全運行能力（FullOperationalCapability）。緒論>全球定位系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展及前景>GPS的發(fā)展簡史§1.2GPS在各個領域中的應用GPS在軍事中的應用GPS導航的艦載飛彈

配備GPS的士兵

美國海軍核潛艇

緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在交通運輸業(yè)中的應用航運、航空搜索陸路交通（車輛導航、監(jiān)控）船舶遠洋導航和進港引水緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在測量中的應用建立和維持全球性的參考框架緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在測量中的應用板塊運動和監(jiān)測緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在測量中的應用建立各級國家平面控制網(wǎng)緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在測量中的應用布設城市控制網(wǎng)、工程測量控制網(wǎng)，進行各種工程測量緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在測量中的應用在航空攝影測量、地籍測量、海洋測量中的應用緒論>GPS在各個領域中的應用GPS在其他領域中的應用精細農(nóng)業(yè)遙感衛(wèi)星定軌資源勘探個人旅游及野外探險電力、廣播、電視、通訊等網(wǎng)絡的時間同步、時間傳遞….緒論>GPS在各個領域中的應用§1.3美國政府的GPS政策美國政府的GPS政策SPS與PPSSPS–標準定位服務使用C/A碼，民用2DRMS水平=100m2DRMS垂直=150-170m2DRMS時間=340nsPPS–精密定位服務可使用P碼，軍用2DRMS水平=22m2DRMS垂直=27.7m2DRMS時間=200ns緒論>美國政府的GPS政策美國政府的GPS政策SA技術（1990.3.25~2000.5.1）SelectiveAvailability–選擇可用性人為降低普通用戶的測量精度。方法:ε技術：降低星歷精度（加入隨機變化）δ技術：衛(wèi)星鐘加高頻抖動 （短周期，快變化）AS技術（1994.1.31~至今）Anti-Spoofing–反電子欺騙P碼加密，P+WY緒論>美國政府的GPS政策GPS現(xiàn)代化1999年1月25日，美國副總統(tǒng)戈爾宣布，將斥資40億美元，進行GPS現(xiàn)代化。GPS現(xiàn)代化實質(zhì)是要加強GPS對美軍現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中的支撐和保持全球民用導航領域中的領導地位。緒論>美國政府的GPS政策GPS現(xiàn)代化GPS現(xiàn)代化的內(nèi)涵：保護。即GPS現(xiàn)代化是為了更好地保護美方和友好方的使用，要發(fā)展軍碼和強化軍碼的保密性能，加強抗干擾能力；阻止。即阻擾敵對方的使用，施加干擾，施加SA，AS等；保持。即是保持在有威脅地區(qū)以外的民用用戶有更精確更安全的使用。緒論>美國政府的GPS政策§1.4 其他衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的概況其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——GLONASSGLONASS－GlobalNavigationSatelliteSystem（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）開發(fā)者俄羅斯（前蘇聯(lián)）系統(tǒng)構成衛(wèi)星星座地面控制部分用戶設備緒論>其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)>GLONASSGLONASSconstellationGLONASSsatelliteP24緒論>其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)>GLONASS其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——GLONASSGLONASS與GPS的比較參數(shù)GLONASSNAVSTARGPS系統(tǒng)中的衛(wèi)星數(shù)21＋321＋3軌道平面數(shù)36軌道傾角64.8°55°軌道高度19100km20180km軌道周期（恒星時）11h15min12h衛(wèi)星信號的區(qū)分FDMACDMAL1頻率1602~1615MHz頻道間隔0.5625MHz1575MHzL2頻率1246~1256MHz頻道間隔0.4375MHz1228MHz緒論>其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)>GLONASS其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——GLONASS衛(wèi)星運行狀況從1982年10月12日發(fā)射第一顆GLONASS衛(wèi)星起，至1995年12月14日共發(fā)射了73顆衛(wèi)星。由于衛(wèi)星壽命過短，加之俄羅斯前一段時間經(jīng)濟狀況欠佳，無法及時補充新衛(wèi)星，故該系統(tǒng)不能維持正常工作。到目前為止（2006年3月20日）,GLONASS系統(tǒng)共有17顆衛(wèi)星在軌。其中有11顆衛(wèi)星處于工作狀態(tài)，2顆備用，4顆已過期而停止使用。俄羅斯計劃到2007年使GLONASS系統(tǒng)的工作衛(wèi)星數(shù)量至少達到18顆，開始發(fā)揮導航定位功能。緒論>其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)>GLONASS其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——Galileo伽俐略（Galileo）衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)2002年3月24日歐盟決定研制組建自己的民用衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——Galileo系統(tǒng)。Galileo衛(wèi)星星座將由27顆工作衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星組成，這30顆衛(wèi)星將均勻分布在3個軌道平面上，衛(wèi)星高度為23616km，軌道傾角為56°。Galileo系統(tǒng)是一種多功能的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，具有公開服務、安全服務、商業(yè)服務和政府服務等功能，但只有前兩種服務是自由公開的，后兩種服務則需經(jīng)過批準后才能使用。緒論>其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)>GalileotheGalileosatelliteconstellation

P26其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——Galileo緒論>其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)>Galileo其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——Galileo2005年12月28日第一顆Galileo試驗衛(wèi)星（GalileoIn-OrbitValidationElements--GlOVE-A）成功進入高度為2.3萬Km的預定軌道。2006年1月12日，GlOVE-A已開始向地面發(fā)送信號。這標志著總投資為34億歐元（約合41億美元）的計劃已進入實施階段。到2010年歐洲將發(fā)射30顆服役期約為20年的正式衛(wèi)星，完成伽利略衛(wèi)星星座的部署工作。伽利略系統(tǒng)建成后，美歐兩大相互兼容的導航定位系統(tǒng)將大大有助于提供導航定位的精度和可靠性。P28緒論>其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)>GalileoGIOVEAGIOVEBtheGIOVESatelliteP29其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——GalileoGIOVE的主要目標:

頻率信號測試；驗證一些關鍵技術（比如銣原子鐘、氫原子鐘）；軌道環(huán)境特征測試；并行2或3通道信號傳輸測試。緒論>其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)>Galileo其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)我國自行研制的兩顆北斗導航試驗衛(wèi)星分別于2000年10月31日和12月20日從西昌衛(wèi)星發(fā)射中心升空并準確進入預定的地球同步軌道（東經(jīng)80o和140o的赤道上空），此外另一顆備用衛(wèi)星也被送入預定軌道（東經(jīng)110.5o的赤道上空），標志著我國擁有了自己的第一代衛(wèi)星導航系統(tǒng)——BD–1。緒論>其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)>北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)

北斗1代衛(wèi)星導航系統(tǒng)組成圖P32其它衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)